(57)【要約】  ダイオードとＩＧＢＴが同一半導体基板のメイン領域に形成されている半導体装置において、安定して、十分に大きいセンスＩＧＢＴ電流を得るために、センス領域は、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域のセンス領域側の端部からの距離が６１５μｍ以上である第１領域を有している。または、センス領域は、安定して、十分に大きいセンスダイオード電流を得るために、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域からの距離が２９８μｍ以下である第２領域を有する。センス領域は、第１領域と第２領域の両方を有していてもよい。
2011138832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン領域と、センス領域とを含む半導体基板を備えており、
半導体基板を平面視したときに、センス領域がメイン領域よりも小さい半導体装置であって、
メイン領域は、
半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインアノード領域と、
メインアノード領域の下側に形成された第２導電型のメインダイオードドリフト領域と、
メインダイオードドリフト領域の下側で半導体基板の裏面に形成された第２導電型のメインカソード領域と、
を有するメインダイオードと、
半導体基板の裏面に形成された第１導電型のメインコレクタ領域と、
メインコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のメインドリフト領域と、
メインドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインボディ領域と、
メインボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のメインエミッタ領域と、
メインエミッタ領域の表面からメインボディ領域とメインドリフト領域とが接する深さまで形成されたメイン絶縁ゲート電極と、
を有するメインＩＧＢＴとを含んでおり、
センス領域は、
半導体基板の裏面の少なくとも一部に形成された第１導電型のセンスコレクタ領域と、
センスコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のセンスドリフト領域と、
センスドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のセンスボディ領域と、
センスボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のセンスエミッタ領域と、
センスエミッタ領域の表面からセンスボディ領域とセンスドリフト領域とが接する深さまで形成されたセンス絶縁ゲート電極と
を有しており、
半導体基板を平面視したときにセンスエミッタ領域のメインカソード領域からの距離が６１５μｍ以上である第１領域を有する、半導体装置。
【請求項２】
センス領域は、半導体基板を平面視したときにセンスエミッタ領域のメインカソード領域からの距離が２９８μｍ以下である第２領域をさらに有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体基板を平面視したときに、センスドリフト領域と、センスボディ領域と、センスエミッタ領域と、センス絶縁ゲート電極は、第１領域から第２領域まで連続して形成されている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
第１領域と第２領域の間の少なくとも一部には、半導体基板の表面から深さ方向に延びる拡散層が形成されている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体基板を平面視したときに、拡散層は、メインカソード領域との距離が２９８μｍより大きく、６１５μｍより小さい領域に形成されている、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
メイン領域と、センス領域とを含む半導体基板を備えており、
半導体基板を平面視したときに、センス領域がメイン領域よりも小さい半導体装置であって、
メイン領域は、
半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインアノード領域と、
メインアノード領域の下側に形成された第２導電型のメインダイオードドリフト領域と、
メインダイオードドリフト領域の下側で半導体基板の裏面に形成された第２導電型のメインカソード領域と、
を有するメインダイオードと、
半導体基板の裏面に形成された第１導電型のメインコレクタ領域と、
メインコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のメインドリフト領域と、
メインドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインボディ領域と、
メインボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のメインエミッタ領域と、
メインエミッタ領域の表面からメインボディ領域とメインドリフト領域とが接する深さまで形成されたメイン絶縁ゲート電極と、
を有するメインＩＧＢＴとを含んでおり、
センス領域は、
半導体基板の裏面の少なくとも一部に形成された第１導電型のセンスコレクタ領域と、
センスコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のセンスドリフト領域と、
センスドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のセンスボディ領域と、
センスボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のセンスエミッタ領域と、
センスエミッタ領域の表面からセンスボディ領域とセンスドリフト領域とが接する深さまで形成されたセンス絶縁ゲート電極と、
を有しており、
半導体基板を平面視したときにセンスエミッタ領域のメインカソード領域からの距離が２９８μｍ以下となる第２領域を有している、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の技術は、ダイオードとＩＧＢＴが同一半導体基板に形成されている半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては、過電流による破壊を防ぐ目的で、半導体装置を流れる電流を検知するためのセンス領域が設けられる。日本国特許公開公報平７−２４５３９４号（特許文献１）には、同一半導体基板にＩＧＢＴが形成されたメイン領域と、メイン領域を流れる電流を検知するためのセンス領域とを備えた半導体装置が開示されている。センス領域には、メイン領域と同様のＩＧＢＴが作り込まれており、センス領域とメイン領域とは１００μｍ以上離間して配置されている。これによって、センス領域とメイン領域との境界領域でのキャリアの干渉を防止し、メイン領域を流れるメイン電流と、センス領域を流れるセンス電流との電流比率をほぼ一定に保っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４５３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダイオードとＩＧＢＴが同一半導体基板に形成されている半導体装置では、ダイオードは、第１導電型のアノード領域と、第２導電型のダイオードドリフト領域と、第２導電型のカソード領域とを有する。ＩＧＢＴは、第１導電型のコレクタ領域と、第２導電型のドリフト領域と、第１導電型のボディ領域と、第２導電型のエミッタ領域と、絶縁ゲート電極とを有する。同一半導体基板にダイオードとＩＧＢＴが隣接して配置されるため、半導体基板の裏面側では、第２導電型のカソード領域と第１導電側のコレクタ領域が隣接して形成されている。【０００５】
本発明者は、このような半導体装置の同一半導体基板内にさらにセンス領域を設置する場合には、センス領域と、半導体基板の裏面のカソード領域との距離によって、センス領域が、メイン領域のダイオード電流を検知する場合と、メイン領域のＩＧＢＴ電流を検知する場合があることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する第１の半導体装置は、メイン領域と、センス領域とを含む半導体基板を備えており、半導体基板を平面視したときに、センス領域がメイン領域よりも小さい半導体装置である。この半導体装置では、メイン領域は、半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインアノード領域と、メインアノード領域の下側に形成された第２導電型のメインダイオードドリフト領域と、メインダイオードドリフト領域の下側で半導体基板の裏面に形成された第２導電型のメインカソード領域と、を有するメインダイオードと、半導体基板の裏面に形成された第１導電型のメインコレクタ領域と、メインコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のメインドリフト領域と、メインドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインボディ領域と、メインボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のメインエミッタ領域と、メインエミッタ領域の表面からメインボディ領域とメインドリフト領域とが接する深さまで形成されたメイン絶縁ゲート電極と、を有するメインＩＧＢＴとを含んでいる。センス領域は、半導体基板の裏面の少なくとも一部に形成された第１導電型のセンスコレクタ領域と、センスコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のセンスドリフト領域と、センスドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のセンスボディ領域と、センスボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のセンスエミッタ領域と、センスエミッタ領域の表面からセンスボディ領域とセンスドリフト領域とが接する深さまで形成されたセンス絶縁ゲート電極とを有しており、半導体基板を平面視したときにセンスエミッタ領域のメインカソード領域からの距離が６１５μｍ以上である第１領域を有している。【０００７】
第１の半導体装置によれば、センス領域のセンスエミッタ領域は、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域からの距離が６１５μｍ以上となる第１領域を有しているため、メイン領域のＩＧＢＴを流れるＩＧＢＴ電流を、センス領域によって精度よく検知することができる。【０００８】
センス領域は、半導体基板を平面視したときにセンスエミッタ領域のメインカソード領域からの距離が２９８μｍ以下である第２領域をさらに有していてもよい。メイン領域のダイオードを流れるダイオード電流もセンス領域によって精度よく検知することができる。【０００９】
半導体基板を平面視したときに、センスドリフト領域と、センスボディ領域と、センスエミッタ領域と、センス絶縁ゲート電極は、第１領域から第２領域まで連続して形成されていてもよい。【００１０】
第１領域と第２領域の間の少なくとも一部には、半導体基板の表面から深さ方向に延びる拡散層が形成されていてもよい。【００１１】
半導体基板を平面視したときに、拡散層は、メインカソード領域との距離が２９８μｍより大きく、６１５μｍより小さい領域に形成されていてもよい。【００１２】
本明細書が開示する第２の半導体装置は、メイン領域と、センス領域とを含む半導体基板を備えており、半導体基板を平面視したときに、センス領域がメイン領域よりも小さい半導体装置である。この半導体装置では、メイン領域は、半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインアノード領域と、メインアノード領域の下側に形成された第２導電型のメインダイオードドリフト領域と、メインダイオードドリフト領域の下側で半導体基板の裏面に形成された第２導電型のメインカソード領域と、を有するメインダイオードと、半導体基板の裏面に形成された第１導電型のメインコレクタ領域と、メインコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のメインドリフト領域と、メインドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインボディ領域と、メインボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のメインエミッタ領域と、メインエミッタ領域の表面からメインボディ領域とメインドリフト領域とが接する深さまで形成されたメイン絶縁ゲート電極と、を有するメインＩＧＢＴとを含んでいる。センス領域は、半導体基板の裏面の少なくとも一部に形成された第１導電型のセンスコレクタ領域と、センスコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のセンスドリフト領域と、センスドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のセンスボディ領域と、センスボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のセンスエミッタ領域と、センスエミッタ領域の表面からセンスボディ領域とセンスドリフト領域とが接する深さまで形成されたセンス絶縁ゲート電極と、を有しており、半導体基板を平面視したときにセンスエミッタ領域のメインカソード領域からの距離が２９８μｍ以下となる第２領域を有している。【００１３】
第２の半導体装置によれば、センス領域のセンスエミッタ領域は、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域からの距離が２９８μｍ以下となる第２領域を有しているため、メイン領域のＩＧＢＴを流れるＩＧＢＴ電流を、センス領域によって精度よく検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例の半導体装置の平面図である。
【図２】図１の半導体装置の平面図において、メイン領域とセンス領域の境界部分の近傍を拡大した図であり、実施例１に係る半導体装置を示している。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】センス領域が検知するセンスＩＧＢＴ電流を示す図である。
【図５】センス領域が検知するセンスダイオード電流を示す図である。
【図６】センス領域が検知する電流を測定する測定回路図である。
【図７】実施例２の半導体装置の平面図であり、メイン領域とセンス領域の境界部分の近傍を拡大した図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】実施例３の半導体装置の平面図であり、メイン領域とセンス領域の境界部分の近傍を拡大した図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】変形例の半導体装置の平面図であり、メイン領域とセンス領域の境界部分の近傍を拡大した図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図。
【図１３】実施例４の半導体装置の平面図であり、メイン領域とセンス領域の境界部分の近傍を拡大した図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の実施例１について、図面を参照しながら説明する。図１は、半導体装置１００の平面図である。図１に示すように、半導体装置１００は、半導体基板１０に形成された、メイン領域５と、センス領域３と、メイン領域５およびセンス領域３を取り囲む周辺耐圧領域７を備えている。センス領域３は、メイン領域５と比較して小さい。【００１６】
図２は、図１に示す半導体装置１００のメイン領域５とセンス領域３との境界部分の近傍を示す拡大図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を拡大した図である。【００１７】
図２および図３に示すように、メイン領域５は、メインダイオード領域１、メインＩＧＢＴ領域２を備えている。半導体基板１０は、第１Ｎ＋層１１と、第１Ｎ＋層１１に隣接する第１Ｐ＋層１２と、第１Ｎ＋層１１および第１Ｐ＋層１２の表面に形成されたＮ−層１３と、Ｎ−層１３の表面に形成されたＰ−層１４１ａ，１４１ｃ，１４２ａ，１４２ｃ，１４３ａ，１４３ｃおよびＰ層１５１，１５２，１５３とを備えている。Ｐ−層１４１ａ，１４１ｃの表面には、第２Ｐ＋層１６１ａ，１６１ｃと第２Ｎ＋層１７１ａ〜１７１ｄが設けられている。Ｐ−層１４２ａ，１４２ｃの表面には、第２Ｐ＋層１６２ａ，１６２ｃと第２Ｎ＋層１７２ａ〜１７２ｄが設けられている。Ｐ−層１４３ａ，１４３ｃの表面には、第２Ｐ＋層１６３ａ，１６３ｃと第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄが設けられている。尚、Ｐ−層１４１ａ，１４１ｃ，１４２ａ，１４２ｃ，１４３ａ，１４３ｃは同様の構造である。第２Ｐ＋層１６１ａ，１６１ｃ，１６２ａ，１６２ｃ，１６３ａ，１６３ｃは同様の構造である。第２Ｎ＋層１７１ａ〜１７１ｄ，１７２ａ〜１７２ｄ，１７３ａ〜１７３ｄは同様の構造である。メインダイオード領域１に含まれるものに参照番号１４１，１６１，１７１を付している。メインＩＧＢＴ領域２に含まれるものに参照番号１４２，１６２，１７２を付している。センス領域３に含まれるものに参照番号１４３，１６３，１７３を付している。Ｐ層１５１，１５２，１５３は、Ｐ−層１４１ａ，１４１ｃ，１４２ａ，１４２ｃ，１４３ａ，１４３ｃと比較すると半導体基板１０の深い位置まで形成されている。Ｐ層１５１，１５２，１５３は、電気伝導に寄与しない拡散層である。センス領域３は、Ｐ層１５２によって囲まれており、メイン領域５は、Ｐ層１５３によって囲まれている。Ｐ層１５２，１５３によって、センス領域３と、メイン領域５との間でキャリアが移動することが抑制される。すなわち、Ｐ層１５２，１５３は、素子分離層である。【００１８】
半導体基板１０の上表面からＮ−層１３に向けて、複数のトレンチゲート１８が設けられている。トレンチゲート１８の深さは、Ｐ−層１４１ａ，１４１ｃ，１４２ａ，１４２ｃ，１４３ａ，１４３ｃよりも深く、Ｐ層１５１，１５２，１５３よりも浅い。トレンチゲート１８は、トレンチ１９１内に形成されたゲート絶縁膜１９２、およびその内部に充填されているゲート電極１９３を備えている。第２Ｎ＋層１７１ａ〜１７１ｄ，１７２ａ〜１７２ｄ，１７３ａ〜１７３ｄは、それぞれトレンチゲート１８に接している。トレンチゲート１８の長手方向は、図２に示すｘ軸方向に平行である。【００１９】
図２および図３に示すように、メインダイオード領域１は、メイン領域５のうち、半導体基板１０裏面側に第１Ｎ＋層１１が形成されている領域である。メインダイオード領域１は、メインカソード領域としての第１Ｎ＋層１１、メインダイオードドリフト領域としてのＮ−層１３、メインアノード領域としてのＰ−層１４１ａ，１４１ｃ及び第２Ｐ＋層１６３ａ，１６３ｃを有している。【００２０】
メインＩＧＢＴ領域２は、メイン領域５のうち、半導体基板１０の裏面側に第１Ｐ＋層１２が形成されている領域である。メインＩＧＢＴ領域２は、メインコレクタ領域としての第１Ｐ＋層１２、メインＩＧＢＴドリフト領域としてのＮ−層１３、メインＩＧＢＴボディ領域としてのＰ−層１４２ａ，１４２ｃ、メインエミッタ領域としての第２Ｎ＋層１７２ａ〜１７２ｄ、メインボディコンタクト領域としての第２Ｐ＋層１６２ａ，１６２ｃ、メイン絶縁ゲートとしてのトレンチゲート１８を有している。【００２１】
本実施例では、メインダイオード領域１とメインＩＧＢＴ領域２との境界は、半導体基板１０の裏面側に形成された第１Ｎ＋層１１と第１Ｐ＋層１２との境界である。第１Ｎ＋層１１と第１Ｐ＋層１２との境界は、線分ＡＢとして図２、図３に示している。第１Ｎ＋層１１と第１Ｐ＋層１２との境界（線分ＡＢ）は、トレンチゲート１８の長手方向に平行である。すなわち、図２に示すｘ軸に平行である。図２、図３に示すように、メインダイオード領域１とメインＩＧＢＴ領域２では、半導体基板１０のＮ−層１３およびこの表面に形成された層（Ｎ−層１３より表面側の層）が同様の構成となっており、Ｎ−層１３の裏面側の層（第１Ｎ＋層１１もしくは第１Ｐ＋層１２）のみが相違している。すなわち、半導体装置１００のメイン領域５においては、半導体基板１０の裏面側の層を第１Ｎ＋層１１とすると、メインダイオード領域１となり、半導体基板１０の裏面側の層を第１Ｐ＋層１２とすると、メインＩＧＢＴ領域２となる。【００２２】
センス領域３は、メインＩＧＢＴ領域２と同様に、第１Ｐ＋層１２の上面側に配置されている。センス領域３は、図２に示すように、ｘ軸方向で長く、ｙ軸方向で短くなっている。図２、図３に示すように、センス領域３は、メインＩＧＢＴ領域２に隣接して配置されている。メインＩＧＢＴ領域２のメインコレクタ領域と、センス領域３のセンスコレクタ領域とは、同一の層（第１Ｐ＋層１２）として形成されている。センス領域３のＮ−層１３より表面側の層の構成は、メインダイオード領域１およびメインＩＧＢＴ領域２と同様である。すなわち、センス領域３では、第１Ｐ＋層１２はセンスコレクタ領域、Ｎ−層１３はセンスドリフト領域、Ｐ層１４３ａ，１４３ｃはセンスボディ領域、第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄはセンスエミッタ領域、第２Ｐ＋層１６３ａ，１６３ｃはセンスボディコンタクト領域、トレンチゲート１８はセンス絶縁ゲートとして利用される。【００２３】
第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）は、センス領域３の周囲に形成されたＰ層１５２の外部であって、メインダイオード領域１とメインＩＧＢＴ領域２との間に存在している。センス領域３とメインＩＧＢＴ領域２との間には、第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）は存在していない。図３に示す、線分ＡＢからセンスエミッタ領域である第２Ｎ＋層１７３ｄのメイン領域５側の端部までの距離Ｄ１１は、Ｄ１１≧６１５μｍである。距離Ｄ１１は、メインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）のセンス領域３側の端部からセンスエミッタ領域である第２Ｎ＋層１７３ｄのメイン領域５側の端部までの距離に相当する。【００２４】
拡散層領域４は、センス領域３に隣接しており、半導体基板の周縁側に配置されている。拡散層領域４は、深い拡散層であるＰ層１５１を備えている。Ｐ層１５１は電気伝導に寄与しない拡散層である。【００２５】
半導体装置１００の第１Ｎ＋層１１および第１Ｐ＋層１２は裏面電極（図示しない）に接続される。第２Ｎ＋層１７１ａ〜１７２ｄ，１７２ａ〜１７２ｄおよび第２Ｐ＋層１６１ａ，１６１ｃ，１６２ａ，１６２ｃはメイン表面電極（図示しない）に接続される。第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄおよび第２Ｐ＋層１６３ａ，１６３ｃはセンス表面電極（図示しない）に接続される。【００２６】
裏面電極の電位Ｖａをメイン表面電極の電位Ｖｂ、センス表面電極の電位Ｖｃよりも高くし（Ｖａ＞Ｖｂ，Ｖｃ）、ゲート電極１９３に正電圧（正バイアス）を印加すると、メインＩＧＢＴ領域２では、トレンチゲート１８近傍のＰ−層１４２ａ，１４２ｃ（メインボディ領域）にチャネルが形成される。これによって、第１Ｐ＋層１２（メインコレクタ領域）から第２Ｎ＋層１７２ａ〜１７２ｄ（メインエミッタ領域）にメインＩＧＢＴ電流Ｉ２が流れる。メインダイオード領域１では電流は流れない。【００２７】
一方、裏面電極の電位Ｖａをメイン表面電極の電位Ｖｂ、センス表面電極の電位Ｖｃよりも低くすると（Ｖａ＜Ｖｂ，Ｖｃ）、メインダイオード領域１では、第２Ｐ＋層１６１ａ，１６１ｃ、Ｐ−層１４１ａ，１４１ｃ（メインアノード領域）からＮ−層１３を介して第１Ｎ＋層１１（メインカソード領域）へメインダイオード電流Ｉ１が流れる。メインＩＧＢＴ領域２では電流は流れない。【００２８】
本発明者は、センス領域と、半導体基板の裏面のメインカソード領域との距離によって、センス領域が、メインダイオード電流Ｉ１を検知する場合と、メインＩＧＢＴ電流Ｉ２を検知する場合があることを見出した。【００２９】
図４、図５は、センス領域３と、半導体基板１０の裏面のメインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）との距離によって、センス領域３に流れる電流がどのように変化するかを調べた結果を示している。センス領域３に流れる電流は、図６に示すように、半導体装置１００ｍを測定回路に接続することによって測定した。半導体装置１００ｍは、半導体基板１０ｍの裏面側の第１Ｎ＋層１１および第１Ｐ＋層１２のパターニングが半導体装置１００と異なっている。半導体装置１００ｍのその他の構成は、半導体装置１００と同様であるから、重複説明を省略する。【００３０】
半導体基板１０ｍの裏面側のメインカソード領域のセンス領域側の端部の位置（本実施例では、第１Ｎ＋層１１と第１Ｐ＋層１２との境界（線分ＡＢ）の位置に一致する）をトレンチの長手方向に平行な方向（図２に示すｙ軸方向）に平行移動させることによって、センス領域３と、半導体基板１０の裏面のメインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）との距離Ｄを変化させた半導体装置１００ｍを製造した。尚、半導体基板１０ｍの厚さは１６０μｍとした。メインカソード領域のセンス領域側の端部の位置を変化させた半導体装置１００ｍの各々に対して、電極９１，９３，９５を形成した。すなわち、センス領域３の表面側にはセンス表面電極９３を形成し、メイン領域５の表面にはメイン表面電極９５を形成し、裏面側には裏面電極９１を形成した。電極９１，９３，９５を形成した半導体装置１００ｍを、図６に示す測定回路９０に接続した。すなわち、測定装置９２のセンスエミッタ端子ＳＥはセンス表面電極９３に接続し、メインエミッタ端子ＭＥはメイン表面電極９５に接続し、メインコレクタ端子ＭＣおよびセンスコレクタ端子ＳＣは裏面電極９１に接続し、ゲート端子Ｇはトレンチゲート電極に接続した。さらに、センスエミッタ端子ＳＥとセンスコレクタ端子ＳＣとの間にシャント抵抗Ｒを接続した。５Ω、１０Ω、１５Ωのシャント抵抗Ｒをそれぞれ用いた。センスエミッタ端子ＳＥおよびメインエミッタ端子ＭＥは接地し、メインコレクタ端子ＭＣおよびセンスコレクタ端子ＳＣの電位を共通で、コレクタ電流が定格電流となる電位とした。ゲート端子Ｇについては、ゲート電圧を印加する場合には、１５Ｖの電圧を印加した。メインカソード領域のセンス領域側の端部の位置を変化させた半導体装置１００ｍの各々について、測定回路９０を用いてセンス領域に流れる電流値を測定した。５Ω、１０Ω、１５Ωのシャント抵抗Ｒの両端の電圧降下を測定してシャント抵抗を流れる電流値を求め、さらに、シャント抵抗Ｒの抵抗値をｘ軸とし、シャント抵抗を流れる電流をｙ軸としてｘｙ座標系にプロットした。プロットした電流値のデータを直線によって外挿し、ｙ切片の値（シャント抵抗値が０の場合の電流値）を求め、このｙ切片の値をセンス電流値として用いた。【００３１】
図４は、Ｖａ＞Ｖｂ，Ｖｃかつゲート電極に正バイアスを印加する場合（メインＩＧＢＴ電流Ｉ２が流れる場合）に、測定回路９０によって測定されたセンス領域３に流れるセンス電流値（すなわちセンスＩＧＢＴ電流）を示している。図５は、Ｖａ＜Ｖｂ，Ｖｃの場合（メインダイオード電流Ｉ１が流れる場合）に、測定回路９０によって測定されたセンス領域３に流れるセンス電流値（すなわちセンスダイオード電流）を示している。図４、図５中の実験点は、下記の表１に記載の実験データを図示するものであり、曲線は、表１に示す実験データに基づく回帰式を表す曲線である。図４中の曲線は、下記の式（１）によって表され、図５中の曲線は、下記の式（２）によって表される。
【表１】
2011138832.tif 000003
【数１】
2011138832.tif 000004
【００３２】
図４に示すように、距離Ｄ≦１３２μｍにおいては、センス領域３には、センスＩＧＢＴ電流が殆ど流れず、ほぼ一定の値であるが、距離Ｄが１３２μｍを超えると、距離Ｄが大きくなるに従い、センスＩＧＢＴ電流が大きくなる。距離ＤがＤ≧６１５μｍとなると、距離Ｄに対するセンスＩＧＢＴ電流の変化量が小さくなって、センスＩＧＢＴ電流は再び一定値（２６ｍＡ）に収束する。この一定値がセンス領域３で検知可能なセンスＩＧＢＴ電流の最大値である。センスＩＧＢＴ電流の最大値（２６ｍＡ）に対して９０％以上（２３．４ｍＡ以上）の大きさのセンスＩＧＢＴ電流を検知することができれば、センスＩＧＢＴ電流の測定値によって、メインＩＧＢＴ電流を精度よく検知することができる。式（１）によれば、距離Ｄ≧６１５μｍの場合に、センスＩＧＢＴ電流の最大値に対して９０％以上の大きさのセンスＩＧＢＴ電流を検知することができる。【００３３】
一方、センス領域３に流れるセンスダイオード電流については、図５に示すように、距離Ｄ≧６０５μｍにおいては、センス領域３には、センスダイオード電流が殆ど流れず、ほぼ一定の値であるが、距離Ｄが６０５μｍよりも小さくなると、距離Ｄが小さくなるに従い、センスダイオード電流が大きくなる。距離ＤがＤ≦２９８μｍとなると、距離Ｄに対するセンスダイオード電流の変化量が小さくなって、センスダイオード電流は再び一定の値（７０ｍＡ）に収束する。この一定値がセンス領域３で検知可能なセンスダイオード電流の最大値である。センスダイオード電流の最大値（７０ｍＡ）に対して９０％以上（６３ｍＡ以上）の大きさのセンスダイオード電流を検知することができれば、センスダイオード電流の測定値によって、メインダイオード電流を精度よく検知することができる。式（２）によれば、距離Ｄ≦２９８μｍの場合に、センスダイオード電流の最大値に対して９０％以上の大きさのセンスダイオード電流を検知することができる。【００３４】
図４、図５において、横軸Ｄは、半導体基板１０を平面視したときの、メインカソード領域のセンス領域側の端部からセンスエミッタ領域のメイン領域側の端部までの距離を示している。例えば、図２、図３では、メインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）のセンス領域３側の端部、すなわち第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界である線分ＡＢから、センスエミッタ領域であるＮ＋層１７３ｄのメイン領域５側の端部までの距離Ｄ１１が、図４、図５における横軸Ｄとして示す距離に相当する。【００３５】
半導体装置１００では、センス領域３は、メインＩＧＢＴ領域２と同様に第１Ｐ＋層１２の上面側に設置されており、メインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）のセンス領域３側の端部（すなわち線分ＡＢ）からセンスエミッタ領域である第２Ｎ＋層１７３ｄのメイン領域５側の端部までの距離Ｄ１１が６１５μｍ以上であるから、センス領域３のセンスエミッタ領域となる第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄは、いずれも、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域のセンス領域側の端部からの距離が６１５μｍ以上である第１領域であり、センス領域３は、第１領域としての条件を満たしている。このため、センス領域３には、メインＩＧＢＴ領域２と同様に電流が流れる。すなわち、Ｖａ＜Ｖｂ，Ｖｃの時にはセンス領域３には電流は殆ど流れない。一方、Ｖａ＞Ｖｂ，Ｖｃかつゲート電極に正バイアスを印加する時には、第１Ｐ＋層１２（センスコレクタ領域）から第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄ（センスエミッタ領域）にセンスＩＧＢＴ電流Ｉ１２が流れ、このセンスＩＧＢＴ電流の大きさは、センスＩＧＢＴ電流の最大値の９０％以上である。半導体装置１００によれば、安定して、十分に大きいセンスＩＧＢＴ電流Ｉ１２を得ることができるため、センス領域３によるメインＩＧＢＴ電流の検知精度を向上させることが可能となる。【００３６】
上記のとおり、本実施例では、第１領域（すなわち、センスエミッタ領域は、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域からの距離が６１５μｍ以上となる領域）を有する。これによって、安定して、十分に大きいセンスＩＧＢＴ電流Ｉ１２（センスＩＧＢＴ電流の最大値の９０％以上の電流）がセンス領域３に流れるため、メインＩＧＢＴ領域を流れるメインＩＧＢＴ電流と、センス領域を流れるセンスＩＧＢＴ電流との比が十分大きくなり、かつ安定化する。このため、センス領域を用いて、メインＩＧＢＴ電流を精度よく検知することができる。【００３７】
尚、センスＩＧＢＴ電流Ｉ１２とメインＩＧＢＴ電流Ｉ２との比Ｉ１２／Ｉ２は、基板の表面におけるメインＩＧＢＴ領域２の面積Ｓ２とセンス領域３の第１領域の面積Ｓ１２との比Ｓ１２／Ｓ２に依存する。面積比Ｓ１２／Ｓ２を調整することによって、センスＩＧＢＴ電流Ｉ１２とメインＩＧＢＴ電流Ｉ２との比Ｉ１２／Ｉ２を調整することができる。比Ｉ１２／Ｉ２が既知であれば、センスＩＧＢＴ電流値Ｉ１２を検知することによって、メインＩＧＢＴ電流Ｉ２を検知することができる。例えば、センスＩＧＢＴ電流が流れる回路に予めシャント抵抗（抵抗値Ｒ）を直列接続しておき、このシャント抵抗の両端の電圧降下ＲＩ１２を計測することによって、センスＩＧＢＴ電流値Ｉ１２を検知することができる。検知したセンスＩＧＢＴ電流値Ｉ１２と比Ｉ１２／Ｉ２より、メインＩＧＢＴ電流Ｉ２を検知することができる。
【実施例２】
【００３８】
図７は、本実施例に係る半導体装置２００の平面図であり、半導体基板２０のメイン領域５とセンス領域３との境界部分の近傍を示す図である。図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面を拡大した図である。尚、半導体装置２００の全体を示す平面図は、図１に示す半導体装置１００と同様であり、半導体装置２００においても、センス領域３は、メイン領域５と比較して小さい。【００３９】
半導体装置２００では、半導体基板２０の裏面側に形成された第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）の位置が半導体装置１００と異なっている。半導体装置２００においても、第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）は、図７に示すｘ軸方向に平行である。メイン領域５において、第１Ｎ＋層１１が形成された領域がメインダイオード領域１となり、第１Ｐ＋層１２が形成された領域がＩＧＢＴ領域２となる。センス領域３は、メインダイオード領域１と同様に、第１Ｎ＋層１１が形成されている領域と第１Ｐ＋層１２が形成されている領域とを備えている。その他の構成は半導体装置１００と同様の構成であるため、同様の構成について同一の参照番号を付すことによって、重複説明を省略する。尚、図８に示す断面には、メイン領域５内の第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）が図示されていないが、実施例１と同様に、半導体装置２００のメイン領域５内に第１Ｎ＋層１１と第１Ｐ＋層１２の境界が存在しており、メインダイオード領域１とメインＩＧＢＴ領域２との境界は、第１Ｎ＋層１１（メインカソード領域）と第１Ｐ＋層１２（メインコレクタ領域）との境界に一致している。【００４０】
本実施例においては、図７および図８に示すように、第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）がセンス領域３の下方に位置している。メインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）のセンス領域３側の端部（すなわち線分ＡＢ）からセンスエミッタ領域である第２Ｎ＋層１７３ａのメイン領域５側の端部までの距離Ｄ２１は、Ｄ２１≦２９８μｍとなっている。メインダイオード領域１の第２Ｎ＋層１７１ａと同様に第１Ｎ＋層１１の上面側に設置されている第２Ｎ＋層１７３ｃ，１７３ｄは、メインカソード領域のセンス領域３側の端部からの距離は、ゼロよりも小さい。すなわち、センス領域３のセンスエミッタ領域となる第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄは、いずれも、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域のセンス領域側の端部からの距離が２９８μｍ以下であり、本実施例では、センス領域３は、第２領域としての条件を満たしている。【００４１】
実施例１と同様に、半導体装置２００の第１Ｎ＋層１１および第１Ｐ＋層１２は裏面電極（図示しない）に接続され、第２Ｎ＋層１７１ａ〜１７２ｄ，１７２ａ〜１７２ｄおよび第２Ｐ＋層１６１ａ，１６１ｃ，１６２ａ，１６２ｃはメイン表面電極（図示しない）に接続され、第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄおよび第２Ｐ＋層１６３ａ，１６３ｃはセンス表面電極（図示しない）に接続される。【００４２】
裏面電極の電位Ｖａを、メイン表面電極の電位Ｖｂ、センス表面電極の電位Ｖｃよりも低くすると（Ｖａ＜Ｖｂ，Ｖｃ）、メインダイオード領域１ではメインダイオード電流Ｉ１が流れ、メインＩＧＢＴ領域２では電流は流れない。一方、裏面電極の電位Ｖａをメイン表面電極の電位Ｖｂ、センス表面電極の電位Ｖｃよりも高くし、ゲート電極に正電圧（正バイアス）を印加すると（Ｖａ＞Ｖｂ，Ｖｃ）、メインＩＧＢＴ領域２ではメインＩＧＢＴ電流Ｉ２が流れ、メインダイオード領域１では電流は流れない。【００４３】
センス領域３のセンスエミッタ領域となる第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄは、いずれも、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域のセンス領域側の端部からの距離が２９８μｍ以下であり、センス領域３は第２領域であるため、図４、図５に示すように、Ｖａ＜Ｖｂ，Ｖｃの時にはメインダイオード領域１と同様に電流Ｉ１１（センスダイオード電流）が流れ、このセンスダイオード電流の大きさは、センスダイオード電流の最大値の９０％以上である。一方、Ｖａ＞Ｖｂ，Ｖｃかつゲート電極に正バイアスを印加する時にはセンス領域３には電流は殆ど流れない。本実施例では、安定して、十分に大きいセンスダイオード電流Ｉ１１がセンス領域３に流れるため、センス領域３によるメインダイオード電流の検知精度を向上させることが可能となる。【００４４】
上記のとおり、本実施例では、第２領域（センスエミッタ領域は、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域からの距離が２９８μｍ以下となる領域）を有する。これによって、安定して、十分に大きいセンスダイオード電流Ｉ１１（センスダイオード電流の最大値の９０％以上の電流）を得ることができるため、メインダイオード領域を流れるメインダイオード電流と、センス領域を流れるセンスダイオード電流との比が十分大きくなり、かつ安定化する。このため、センス領域３を用いて、メインダイオード電流を精度よく検知することができる。【００４５】
尚、センスダイオード電流Ｉ１１とメインダイオード電流Ｉ１との比Ｉ１１／Ｉ１は、基板の表面におけるメインダイオード領域１の面積Ｓ１とセンス領域の第２領域の面積Ｓ１１との比Ｓ１１／Ｓ１に依存する。面積比Ｓ１１／Ｓ１を調整することによって、センスダイオード電流Ｉ１１とメインダイオード電流Ｉ１との比Ｉ１１／Ｉ１を調整することができる。比Ｉ１１／Ｉ１が既知であれば、センスダイオード電流値Ｉ１１を検知することによって、メインダイオード電流Ｉ１を検知することができる。例えば、センスダイオード電流が流れる回路に予めシャント抵抗（抵抗値Ｒ）を直列接続しておき、このシャント抵抗の両端の電圧降下ＲＩ１１を計測することによって、センスダイオード電流値Ｉ１１を検知することができる。検知したセンスダイオード電流値Ｉ１１と比Ｉ１１／Ｉ１より、メインダイオード電流Ｉ１を検知することができる。【００４６】
尚、上記の実施例１と実施例２とは、当然に組み合わせて用いることが可能である。例えば、センス領域が２つあり、一方は第１領域を有するセンス領域であり、他方は第２領域を有するセンス領域であってもよい。
【実施例３】
【００４７】
図９は、本実施例に係る半導体装置３００の平面図であり、半導体基板３０のメイン領域５とセンス領域３との境界部分の近傍を示す図である。図１０は図９のＸ−Ｘ線断面を拡大した図である。尚、半導体装置３００の全体を示す平面図は、図１に示す半導体装置１００と同様であり、半導体装置３００においても、センス領域３は、メイン領域５と比較して小さい。【００４８】
図９、図１０に示すように、半導体装置３００では、半導体基板３０の裏面側に形成された第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）の位置が半導体装置１００と異なっている。半導体装置３００においても、第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）は、図９に示すｘ軸方向に平行である。メイン領域５において、第１Ｎ＋層１１が形成された領域がメインダイオード領域１となり、第１Ｐ＋層１２が形成された領域がＩＧＢＴ領域２となる。また、半導体装置３００には、センス領域３は、センス領域３１とセンス領域３２とを含んでいる。センス領域３１およびセンス領域３２は、メインＩＧＢＴ領域２（図１０には図示していない）と同様に第１Ｐ＋層１２の上面側に設置されている。その他の構成は半導体装置１００と同様の構成であるため、同様の構成について同一の参照番号を付すことによって、重複説明を省略する。尚、図１０に示す断面には、メイン領域５内の第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）が図示されていないが、実施例１，２と同様に、半導体装置３００のメイン領域５内に第１Ｎ＋層１１と第１Ｐ＋層１２の境界が存在しており、メインダイオード領域１とメインＩＧＢＴ領域２との境界は、第１Ｎ＋層１１（メインカソード領域）と第１Ｐ＋層１２（メインコレクタ領域）との境界に一致している。【００４９】
本実施例においては、図９および図１０に示すように、センス領域３１とセンス領域３２とは互いに隣接して設置されている。センス領域３１、センス領域３２は、実施例１のセンス領域３と同様にそれぞれ拡散層であるＰ層１５２に囲まれている。メインＩＧＢＴ領域２のメインコレクタ領域と、センス領域３１およびセンス領域３２のセンスコレクタ領域とは、同一の層（第１Ｐ＋層１２）として形成されている。【００５０】
センス領域３１は、メインダイオード領域１に隣接して配置されており、センス領域３２は、センス領域３１よりもメインダイオード領域１から遠い位置に配置されている。第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）の一部は、センス領域３１とメインダイオード領域１の間の領域に位置している。センス領域３１とセンス領域３２の間の領域では、第１Ｐ＋層１２の上方には、Ｎ−層１３とＰ層１５２が設けられているのみであり、電気伝導に寄与しない領域となっている。【００５１】
センス領域３１のセンスエミッタ領域となる第２Ｎ＋層１７３ｅは、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域である第１Ｎ＋層１１のセンス領域側の端部からの距離Ｄ３１が２９８μｍ以下となっている。すなわち、センス領域３１の第２Ｎ＋層１７３ｅ〜１７３ｈは、いずれも半導体基板を平面視したときにメインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）のセンス領域側の端部からの距離が２９８μｍ以下であり、センス領域３１は、第２領域としての条件を満たしている。センス領域３２のセンスエミッタ領域となる第２Ｎ＋層１７３ｄは、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）のセンス領域側の端部からの距離Ｄ３２が６１５μｍ以上となっている。すなわち、センス領域３２の第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄは、いずれも半導体基板を平面視したときにメインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）のセンス領域側の端部からの距離が６１５μｍ以上であり、センス領域３２は、第１領域としての条件を満たしている。【００５２】
実施例１、２と同様に、半導体装置３００の第１Ｎ＋層１１、第１Ｐ＋層１２は裏面電極に接続され、メインダイオード領域１、メインＩＧＢＴ領域２の第２Ｎ＋層１７１ａ〜１７１ｄ、１７２ａ〜１７２ｄ、第２Ｐ＋層１６１ａ、１６１ｃ、１６２ａ，１６２ｃ（図１０には図示していない）はメイン表面電極に接続され、センス領域３１、センス領域３２の第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｈ、第２Ｐ＋層１６１ａ，１６１ｃ，１６１ｅ，１６１ｇはセンス表面電極に接続される。センス領域３１、３２は互いに隣接して配置されているため、例えば、１つの電極パッドによって接続できる。【００５３】
裏面電極の電位Ｖａをメイン表面電極の電位Ｖｂ、センス表面電極の電位Ｖｃよりも低くすると（Ｖａ＜Ｖｂ，Ｖｃ）、メインダイオード領域１ではメインダイオード電流Ｉ１が流れ、メインＩＧＢＴ領域２では電流は流れない。【００５４】
センス領域３１は、第２領域としての条件を満たしているため、図４、図５に示すように、Ｖａ＜Ｖｂ，Ｖｃの時にはメインダイオード領域１と同様にセンスダイオード電流Ｉ１１が流れる。このセンスダイオード電流Ｉ１１の大きさは、センスダイオード電流の最大値の９０％以上である。一方、Ｖａ＞Ｖｂ，Ｖｃかつゲート電極に正バイアスを印加する時にはセンス領域３１には電流は殆ど流れない。【００５５】
センス領域３２は、第１領域としての条件を満たしているため、図４、図５に示すように、Ｖａ＜Ｖｂ，Ｖｃの時にはセンス領域３２には電流は殆ど流れない。一方、Ｖａ＞Ｖｂ，Ｖｃかつゲート電極に正バイアスを印加する時にはメインＩＧＢＴ領域２と同様に、センス領域３２にセンスＩＧＢＴ電流Ｉ１２が流れる。このセンスＩＧＢＴ電流Ｉ１２の大きさは、センスＩＧＢＴ電流の最大値の９０％以上である。【００５６】
本実施例では、センス領域３１、センス領域３２を用いることによって、メイン領域５にメインダイオード電流Ｉ１が流れる場合には、安定して、十分に大きいセンスダイオード電流Ｉ１１を得ることができる。メイン領域にメインＩＧＢＴ電流Ｉ２が流れる場合には、安定して、十分に大きいセンスＩＧＢＴ電流Ｉ２１を得ることができる。このため、メインダイオード電流とメインＩＧＢＴ電流の双方の検知精度を向上させることが可能となる。【００５７】
本実施例では、メインＩＧＢＴ電流を検知するセンス領域３２に隣接してメインダイオード電流を検知するセンス領域３１を配置し、センス領域３１，３２を１つのセンス表面電極に接続している。これによって、センス領域の配線等を簡略化することができる。【００５８】
また、本実施例においては、センス領域３１（メインダイオード電流を検知するためのセンス領域）とセンス領域３２（メインＩＧＢＴ電流を検知するためのセンス領域）との間に、電気伝導に寄与しない領域が形成されている。図９、図１０のようにセンス領域３１とセンス領域３２を隣接して配置すると、センス領域３１とセンス領域３２との間の領域のメインカソード領域からの距離は、図４、図５に示すように、センスダイオード電流とセンスＩＧＢＴ電流が不安定となるような距離となる。センスダイオード電流とセンスＩＧＢＴ電流が不安定となる領域を、電気伝導に寄与しない領域とすることによって、センスダイオード電流とセンスＩＧＢＴ電流の測定精度がさらに向上する。【００５９】
尚、図１１、図１２に示す半導体装置４００のように、センス領域３１とセンス領域３２の間の領域のＮ−層１３の表面側の全体に拡散層であるＰ層１５２ａを形成してもよい。Ｐ層１５２ａは、素子分離層である。半導体装置４００は、半導体装置３００の変形例であって、センス領域３１とセンス領域３２の間の領域のＮ−層１３の表面側の全体にＰ層１５２ａを形成している点において半導体装置３００と相違しており、その他の構成は、半導体装置３００と同様であるため、同様の構成について同一の参照番号を付すことによって重複説明を省略する。半導体装置４００では、１つのＰ層１５２ａによってセンス領域３１とセンス領域３２を分離しているため、センス領域３１とセンス領域３２の間の距離を短くすることができる。具体的には、図９に示すセンス領域３１とセンス領域３２とのｙ軸方向の距離よりも、図１１に示すセンス領域３１とセンス領域３２とのｙ軸方向の距離を短くすることができる。この場合、図４、図５に示すような、メインカソード領域からの距離がセンスダイオード電流とセンスＩＧＢＴ電流が不安定となるような距離となる領域が、Ｐ層１５２ａの下方に収まるように設計することが好ましい。これによって、センスダイオード電流とセンスＩＧＢＴ電流の測定精度がさらに向上する。
【実施例４】
【００６０】
図１３は、本実施例に係る半導体装置５００の平面図であり、半導体基板５０のメイン領域５とセンス領域３との境界部分の近傍を示す図である。図１４は図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面を拡大した図である。尚、半導体装置５００の全体を示す平面図は、図１に示す半導体装置１００と同様であり、半導体装置５００においても、センス領域３は、メイン領域５と比較して小さい。【００６１】
半導体装置５００では、半導体基板５０の裏面側に形成された第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）の位置が半導体装置１００と異なっている。半導体装置５００においても、第１Ｐ＋層１２と第１Ｎ＋層１１との境界（線分ＡＢ）は、図１３に示すｘ軸方向に平行である。メイン領域５において、第１Ｎ＋層１１が形成された領域がメインダイオード領域１となり、第１Ｐ＋層１２が形成された領域がメインＩＧＢＴ領域２となる。センス領域３は、メインダイオード領域１と同様に、第１Ｎ＋層１１が形成されている領域と、第１Ｐ＋層１２が形成されている領域とを備えている。センス領域３を平面視したときの形状は、図１３に示すｘ軸方向で短く、ｙ軸方向で長くなっている点においても半導体装置１００と相違している。すなわち、センス領域３は、メインカソード領域のセンス領域側の端部に平行な方向（ｘ軸方向）で短く、メインカソード領域のセンス領域側の端部に垂直な方向（ｙ軸方向）で長い。その他の構成は半導体装置１００と同様の構成であるため、同一の参照番号を付すことによって、重複説明を省略する。尚、図１４に示す断面には、メイン領域５の断面構造が図示されていないが、実施例１と同様に、半導体装置５００のメイン領域５内に第１Ｎ＋層１１と第１Ｐ＋層１２の境界が存在しており、メインダイオード領域１とメインＩＧＢＴ領域２との境界は、第１Ｎ＋層１１（メインカソード領域）と第１Ｐ＋層１２（メインコレクタ領域）との境界に一致している。また、トレンチゲート１８の長手方向は、半導体装置１００と同様に、ｘ軸方向に平行な方向である。【００６２】
図１３、図１４では、センス領域３のうち、領域３３１の第２Ｎ＋層１７３ｇは、メインカソード領域（第１Ｎ＋層１１）のセンス領域３側の端部（すなわち線分ＡＢ）からの距離Ｄ５１が２９８μｍ以下となる。すなわち、領域３３１の第２Ｎ＋層１７３ｇ〜１７３ｌは、いずれも半導体基板を平面視したときにメインカソード領域のセンス領域３側の端部からの距離が２９８μｍ以下であり、領域３３１は、第２領域としての条件を満たしている。領域３３２の第２Ｎ＋層１７３ｄは、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域のセンス領域３側の端部からの距離Ｄ５３が６１５μｍ以上となっている。すなわち、領域３３２の第２Ｎ＋層１７３ａ〜１７３ｄは、いずれも半導体基板を平面視したときにメインカソード領域のセンス領域側の端部からの距離が６１５μｍ以上であり、領域３３２は、第１領域としての条件を満たしている。領域３３３の第２Ｎ＋層１７３ｅ，１７３ｆは、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域のセンス領域側の端部からの距離Ｄ５２が２９８μｍ＜Ｄ５２＜６１５μｍとなっている。すなわち、領域３３３の第２Ｎ＋層１７３ｅ，１７３ｆは、第１領域としての条件も、第２領域としての条件も満たしていない。領域３３３は、領域３３１および領域３３２と比較して、素子面積（半導体基板を平面視したときの面積）が小さい。【００６３】
センス領域３は、領域３３１を有しているため、メイン領域にメインダイオード電流Ｉ１が流れる場合に、安定して、十分に大きいセンスダイオード電流Ｉ１１を得ることができる。また、センス領域３は、領域３３２を有しているため、メイン領域にメインＩＧＢＴ電流Ｉ２が流れる場合に、安定して、十分に大きいセンスＩＧＢＴ電流Ｉ２１を得ることができる。領域３３３は、センスダイオード電流Ｉ１１、センスＩＧＢＴ電流Ｉ２１が不安定になる領域であるが、領域３３１および領域３３２と比較して、領域３３３は、素子面積が小さいため、領域３３１によるメインダイオード電流の検知精度、領域３３２によるメインＩＧＢＴ電流の検知精度を十分に確保することができる。実施例３のように２つのセンス領域を用いてメインダイオード電流とメインＩＧＢＴ電流を検知する場合と比較して、本実施例ではセンス領域の設置スペースを小さくすることができる。【００６４】
また、半導体装置５００に係るセンス領域３は、センス領域３を平面視したときの形状が、メインカソード領域のセンス領域側の端縁に平行な方向（トレンチゲート１８に平行な方向）で短く、メインカソード領域のセンス領域側の端縁に垂直な方向（トレンチゲート１８に垂直な方向）で長くなるように設計されている。このため、センス領域３の素子面積に対して、メインカソード領域のセンス領域３側の端部からの距離Ｄ５２が２９８μｍ＜Ｄ５２＜６１５μｍとなっている領域３３３の素子面積の割合が小さくなる。領域３３３の素子面積を領域３３１および領域３３２の素子面積と比較して小さくすることで、メインダイオード電流とメインＩＧＢＴ電流の検知精度を向上させることができる。【００６５】
上記の本発明に係る実施例および変形例によれば、ダイオードとＩＧＢＴが同一半導体基板のメイン領域に形成されている半導体装置において、センス領域に流れるセンスダイオード電流、センスＩＧＢＴ電流を、安定化し、十分に大きい電流として得ることができるため、センス領域によるメインＩＧＢＴ電流、メインダイオード電流の検知精度を向上することができる。尚、上記の実施例および変形例では、メイン領域において、メインカソード領域とメインコレクタ領域が隣接していたが、メインカソード領域とメインコレクタ領域との間に、別の半導体層が形成されていてもよい。【００６６】
尚、上記の実施例および変形例に記載の半導体装置は、従来の半導体装置の製造工程に用いられている技術を応用して製造することができる。従来の半導体装置の製造工程を大幅に変更することなく製造できるため、製造工程での手間やコスト、時間を大幅に増大させることなく製造することが可能である。【００６７】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。【００６８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2011138832.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月4日(2010.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン領域と、センス領域とを含む半導体基板を備えており、
半導体基板を平面視したときに、センス領域がメイン領域よりも小さい半導体装置であって、
メイン領域は、
半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインアノード領域と、
メインアノード領域の下側に形成された第２導電型のメインダイオードドリフト領域と、
メインダイオードドリフト領域の下側で半導体基板の裏面に形成された第２導電型のメインカソード領域と、
を有するメインダイオードと、
半導体基板の裏面に形成された第１導電型のメインコレクタ領域と、
メインコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のメインドリフト領域と、
メインドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインボディ領域と、
メインボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のメインエミッタ領域と、
メインエミッタ領域の表面からメインボディ領域とメインドリフト領域とが接する深さまで形成されたメイン絶縁ゲート電極と、
を有するメインＩＧＢＴとを含んでおり、
センス領域は、
半導体基板の裏面の少なくとも一部に形成された第１導電型のセンスコレクタ領域と、
センスコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のセンスドリフト領域と、
センスドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のセンスボディ領域と、
センスボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のセンスエミッタ領域と、
センスエミッタ領域の表面からセンスボディ領域とセンスドリフト領域とが接する深さまで形成されたセンス絶縁ゲート電極と
を有しており、
センス領域は、第１領域を有しており、第１領域のセンスエミッタ領域は、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域からの距離が６１５μｍ以上である、半導体装置。
【請求項２】
センス領域は、第２領域をさらに有しており、第２領域のセンスエミッタ領域は、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域からの距離が２９８μｍ以下である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体基板を平面視したときに、センスドリフト領域と、センスボディ領域と、センスエミッタ領域と、センス絶縁ゲート電極は、第１領域から第２領域まで連続して形成されている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
第１領域と第２領域の間の少なくとも一部には、半導体基板の表面から深さ方向に延びる拡散層が形成されている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体基板を平面視したときに、拡散層は、メインカソード領域との距離が２９８μｍより大きく、６１５μｍより小さい領域に形成されている、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
メイン領域と、センス領域とを含む半導体基板を備えており、
半導体基板を平面視したときに、センス領域がメイン領域よりも小さい半導体装置であって、
メイン領域は、
半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインアノード領域と、
メインアノード領域の下側に形成された第２導電型のメインダイオードドリフト領域と、
メインダイオードドリフト領域の下側で半導体基板の裏面に形成された第２導電型のメインカソード領域と、
を有するメインダイオードと、
半導体基板の裏面に形成された第１導電型のメインコレクタ領域と、
メインコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のメインドリフト領域と、
メインドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のメインボディ領域と、
メインボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のメインエミッタ領域と、
メインエミッタ領域の表面からメインボディ領域とメインドリフト領域とが接する深さまで形成されたメイン絶縁ゲート電極と、
を有するメインＩＧＢＴとを含んでおり、
センス領域は、
半導体基板の裏面の少なくとも一部に形成された第１導電型のセンスコレクタ領域と、
センスコレクタ領域の上側に形成された第２導電型のセンスドリフト領域と、
センスドリフト領域の上側の半導体基板の表面に形成された第１導電型のセンスボディ領域と、
センスボディ領域の表面の一部に形成された第２導電型のセンスエミッタ領域と、
センスエミッタ領域の表面からセンスボディ領域とセンスドリフト領域とが接する深さまで形成されたセンス絶縁ゲート電極と、
を有しており、
センス領域は、第２領域を有しており、第２領域のセンスエミッタ領域は、半導体基板を平面視したときにメインカソード領域からの距離が２９８μｍ以下である、半導体装置。
【国際調査報告】
2011138832.tif 000019
2011138832.tif 000020
2011138832.tif 000021
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